機械類專業(yè)課程教學研究與實踐

摘要：以微機原理課程為實例探討機械類專業(yè)課程的一種教學新模式，主要包括三個環(huán)節(jié)：采用案例系統(tǒng)教學、在自制開發(fā)板上動手實踐和靈活考試機制。在總學時不斷壓縮的形勢下，更好地保證了教學效果，讓學生掌握了理論知識，并且讓學生有較高的自學能力；在國家關(guān)于“卓越工程師”計劃的潮流中，采用此方法，又與企業(yè)聯(lián)合，培養(yǎng)出了一批實際應(yīng)用和創(chuàng)新能力高的學生。

關(guān)鍵詞：機械類專業(yè)課 微機原理與接口技術(shù) 卓越工程師 教學研究

一、引言

機械類專業(yè)課所涵蓋的理論與應(yīng)用都比較廣泛，在教學環(huán)節(jié)中若能夠注重理論聯(lián)系實際，將會取得良好的教學效果。關(guān)于如何在教學中將理論與實踐相結(jié)合，已經(jīng)有很多教育工作者提出了自己的見解與方法。本文以《微機原理與接口技術(shù)》課程為實例，探討機械類專業(yè)課程有效的教學方式。

《微機原理與接口技術(shù)》是一門工程實踐性很強的課程，內(nèi)容涉及微機的工作原理、匯編語言、接口技術(shù)和應(yīng)用實例等內(nèi)容。隨著我國高等院校教學改革，機械類專業(yè)微機原理與接口技術(shù)課程理論課時不斷減少，目前總時數(shù)48學時，理論講課22學時，試驗8學時，上機10學時。據(jù)調(diào)查，在實際相關(guān)工作領(lǐng)域中，企業(yè)常對掌握一定的微機控制技術(shù)的機械專業(yè)學生有較大的需求，同時，為了順應(yīng)國家關(guān)于“卓越工程師”的培養(yǎng)計劃，我們開設(shè)了卓越班，用以為企業(yè)培養(yǎng)一批面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展的工程師。為了實現(xiàn)上述教學目的，根據(jù)多年的教學和科研經(jīng)驗，提出了一種理論與實踐相結(jié)合的教學方法，主要包括三個環(huán)節(jié)：案例系統(tǒng)教學、在自制開發(fā)板上動手實踐、靈活考試機制。

二、案例系統(tǒng)教學

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，社會需要既懂機械又懂微機控制的人才，但是機械類專業(yè)學生的計算機基礎(chǔ)知識一般比較薄弱，《微機原理與接口技術(shù)》一直是一門學生較難掌握的課程。為了幫助機械專業(yè)的學生在一定的課時內(nèi)掌握教學大綱規(guī)定的內(nèi)容，在教學中將知識點與工程應(yīng)用相聯(lián)系，然后對其進行歸納和總結(jié)，形成了以案例促進教學的模式，并將其貫穿于整個教學過程。但在實際的教學中，還要注意以下兩點。

1.教材內(nèi)容和案例相結(jié)合

將教學內(nèi)容中的知識與實際案例進行結(jié)合。每個案例都結(jié)合著教材的理論知識，將理論知識應(yīng)用到解決案例中的實際問題。比如，在講解CPU的編程結(jié)構(gòu)時，先介紹一個簡單的時序電路，由此引出時鐘電路、寄存器、總線等概念。在講解可編程定時器/計數(shù)器8253時，以如何檢測自行車速度為例。為了檢測自行車速度，需要產(chǎn)生標準時鐘，檢測自行車輪輻信號，計數(shù)檢測到了多少根輪輻。然后采用單位時間計算法，檢測單位時間內(nèi)有多少根輪輻經(jīng)過，或是檢測總的輪輻數(shù)目，計算每根輪輻經(jīng)歷的時間，由此來計算車速。為了達到上述目的，需要分析如何配置控制字寄存器、如何初始化每個計數(shù)器等。

2.案例環(huán)環(huán)相扣，形成系統(tǒng)

案例的設(shè)計需要周密考慮。案例在設(shè)計之初要考慮的問題是，如何在每次案例教學中即能講解當前知識，又能復習上次課程的內(nèi)容并引出下次課程的教學內(nèi)容，這樣便使學生在接受新課之前可以完成對上次課程的回顧，又對下面的內(nèi)容充滿好奇。此外，工程應(yīng)用所采用的知識面涉及內(nèi)容非常多，掌握每個案例需要大量的課時，理論課時有限，讓案例環(huán)環(huán)相扣，形成系統(tǒng)，可以減少理解案例的時間，又能夠很好掌握課程內(nèi)容。

以感應(yīng)同步器檢測案例為例，該系統(tǒng)包括8086的總線和時序，存儲器，輸入/輸出，中斷技術(shù)，可編程接口芯片8255、8253、8279等微機原理接口技術(shù)所有內(nèi)容。在課堂教學中，我們可以不斷反復應(yīng)用該案例。在總線和時序一章中，圍繞CPU，學生可以掌握晶體振蕩器、復位電路和電源電路；在存儲器一章中，學生能很好地掌握RAM、ROM等存儲器，并復習了總線和時序一章，也能夠直觀地看到其它章節(jié)的內(nèi)容；在可編程接口芯片一章中，學生能掌握如何利用定時器/計數(shù)器8253進行計數(shù)，利用并行接口芯片8255設(shè)計輸入輸出，利用8279設(shè)計鍵盤顯示電路，實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置，并采用七段碼顯示參數(shù)或者感應(yīng)同步器距離，通過這樣環(huán)環(huán)相扣，一個完整的系統(tǒng)就可組成。

一個系統(tǒng)案例涵蓋整個理論課程章節(jié)內(nèi)容，學生通過一個系統(tǒng)案例，能直觀地掌握課程理論知識，并舉一反三，應(yīng)用于工程實踐中。

學生在課堂上學習的積極性來源于課堂知識所帶來的求知欲和興趣。選擇學生喜歡的內(nèi)容作為教學內(nèi)容，是提高教學質(zhì)量的一種好方法。每個學生都有自行設(shè)計自行車速度檢測方法和控制裝置想法，作為老師引導學生一步步實現(xiàn)，包括：設(shè)計晶振、復位、電源電路；設(shè)計存儲器接口電路，設(shè)計時鐘芯片電路、設(shè)計鍵盤顯示電路等。

三、在自制開發(fā)板上動手實踐

由于缺乏實際的練習與應(yīng)用，有相當多的機械類專業(yè)學生快到畢業(yè)時，仍然不知道如何在工程實例中使用微機原理的理論知識。為了增加理論與實際的結(jié)合機會，在教學實踐中，作者設(shè)計了一塊簡單、成本很低的CPU開發(fā)板。CPU開發(fā)板具有在線下載功能，能夠?qū)崿F(xiàn)與計算機通信、鍵盤顯示操作、模擬量輸入等各種功能。利用開發(fā)板進行編程，能夠很好理解掌握微機編程結(jié)構(gòu)、匯編語言、存儲器功能、輸入輸出接口、A/D轉(zhuǎn)換，定時器、計數(shù)器功能等。

這種自制開發(fā)板發(fā)給每個學生，布置各種不同的任務(wù)，讓學生在電路板上實現(xiàn)，這樣學生在課余時間能夠很好地掌握微機原理的基本知識。

通過這些訓練，學生不僅掌握了課堂內(nèi)容，培養(yǎng)了動手能力，而且啟發(fā)他們的創(chuàng)造能力，學生根據(jù)這塊電路板完成了各種不同的功能，如霓虹燈顯示、恒溫箱控制模擬、網(wǎng)絡(luò)功能等。人手一塊CPU開發(fā)板，進行實際電路的設(shè)計，讓課堂理論知識緊密聯(lián)系實踐操作。

四、靈活考試機制

機械專業(yè)微機原理與接口技術(shù)是一門專業(yè)選修課程，教師在成績評定上有比較大的自主權(quán)，不能簡單拘泥于書面考試的形式。所以，這個環(huán)節(jié)要與前兩要素有機結(jié)合，靈活應(yīng)用，以取得良好的教學效果。

一般會有100個左右的學生選修這門課。在這些學生中間，每年都會有部分學生參加教師所承擔的課題研究。對于這些學生，由學生本人申請或者班導師推薦，他們的期末考試成績一般都在90分左右。還有部分有學習積極性的同學會參加各種科技興趣小組，利用微機原理知識，制作各種小發(fā)明、小創(chuàng)造。這部分同學通常能交出一份很好的設(shè)計方案和演示實例，期末成績將根據(jù)考試成績和小發(fā)明、小創(chuàng)造綜合評定。另外，還有部分同學在自制的開發(fā)板上設(shè)計出比較好的演示程序，期末成績則由演示程序與考試成績結(jié)合評定。其余的同學根據(jù)考試成績和平時作業(yè)綜合評定成績。

通過采用這種靈活的考試機制，不僅調(diào)動了學生的學習積極性，又提高了部分學生學習的自主性、動手能力和創(chuàng)造性。這種靈活的考試機制還取得了良好的輻射效應(yīng)，取得了一定的經(jīng)濟和社會效益。在參與課題研究的同學中，有些申請了上海市大學生創(chuàng)新基金項目；有些學生畢業(yè)后根據(jù)參與的課題研究，分別成立了自己的公司。

這種靈活的考試機制，能很好地推動教學雙方溝通的經(jīng)常性，提高了教學效果。參與課題研究的同學能夠提出他們的想法，為將來的教學改進提供很好的思路。這種教學效果已經(jīng)產(chǎn)生多元化的效果，不僅增強了理論知識，而且增強了動手能力、創(chuàng)新能力和自學能力。

采用上述教學方法，學生擁有很強的創(chuàng)新能力，并且能很好地將理論轉(zhuǎn)化到實際應(yīng)用中，如圖1所示。

圖1是我校參加全國機械創(chuàng)新大賽的學生作品家庭清掃機器人的控制整體設(shè)計規(guī)劃，此作品獲得了上海市三等獎，在控制模塊中用到我們利用此教學方法所學習的知識。

圖2中，有電源轉(zhuǎn)換模塊，220V交流電通過變壓整流后，變?yōu)橹绷麟姡蔀檎麄€機器人控制系統(tǒng)服務(wù)；直流電機驅(qū)動模塊使用L298N芯片內(nèi)部集成的兩個H橋驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)；用RS485串口通訊模塊實現(xiàn)PC與單片機的遠距離通信。

五、總結(jié)

機械專業(yè)課程有自己的特點，需要很強的理論與實踐相結(jié)合。本文的研究以案例系統(tǒng)教學貫穿始終的教學方法，并鼓勵學生不斷拓展自己的知識面，取得了比較好的教學效果。通過提供每個學生一塊CPU開發(fā)板，完成實際電路設(shè)計，使得學生能夠很好地應(yīng)用所掌握理論知識，提高了動手能力，增強了創(chuàng)新能力，并往往能冒出新的思想火花。一種良好的考試機制往往能更好地提高學生全方面的素質(zhì)。在今后的教學過程中，還需要進一步探索和總結(jié)教學方法，激發(fā)學生的學習積極性。

參考文獻：

[1]陸平.《過程控制》課程教學方法探討[J].科技創(chuàng)新導報，2007，（34）.

[2]朱定華.微機原理與接口技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，2002，（6）.

[3]王汀.“免考”——為教學改革找準坐標[J].光電子技術(shù)與信息，2004，（6）.

[4]江心英.我國MBA教育應(yīng)增設(shè)環(huán)境教育課程[J].學位與研究生教育，2006，（12）.

[5]譚偉.《機床數(shù)控技術(shù)》實驗[J].渝州大學學報，2000，（3）.

基金項目：上海市“曙光”計劃（No.07SG51）資助項目。